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ESTRUCTURAS

INTRODUCCIÓN.

Todos los cuerpos poseen algún

tipo de estructura. Las estructuras se

encuentran en la naturaleza y comprenden

desde las conchas de los moluscos hasta

los edificios, desde el esqueleto de los

animales…, pero el ser humano ha sabido

construir las suyas para resolver sus

necesidades.

Pero… ¿Qué tienen todas en común tantas cosas distintas para ser todas estructuras?

1. Están compuestos por

elementos simples unidos entre sí

2. Resisten las fuerzas a las

que está sometido sin destruirse

3. Todas conservan su forma

básica

Por eso, podemos dar una definición de estructura:

Una estructura es un conjunto de elemento unidos entre sí capaces de soportar los fuerzas

que actúan sobre ella, con el objeto de conservar su forma.

Las fuerzas que actúan sobre una estructura se denominan cargas y pueden ser de dos

tipos: Fijas como el peso propio de un puente, que siempre actúa sobre los cuerpos; o variables,

como el viento que no siempre actúa sobre los objetos.

Las estructuras pueden ser naturales (creadas por la naturaleza como el esqueleto, las

cuevas, los barrancos, etc.) o artificiales (creadas por el hombre como las viviendas, los

vehículos, las carreteras, los aviones, etc.).

FUNCIONES DE LAS ESTRUCTURAS.

¿Qué condiciones debe cumplir una estructura para que funcione bien?

1 – Soportar cargas. Es la principal función de toda estructura ya que las fuerzas o cargas

siempre están presentes en la naturaleza: la gravedad, el viento, el oleaje, etc.

2 – Mantener la forma. Es fundamental que las estructuras no se deformen, ya que si esto

ocurriese, los cuerpos podrían romperse. Es lo que ocurre cuando los esfuerzos son muy

grandes. Por ejemplo, en un accidente de coche, la carrocería siempre se deforma o

araña dependiendo de la gravedad del impacto.

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3 – Proteger partes delicadas. Una estructura debe proteger las partes delicadas de los objetos

que los poseen. Por ejemplo, el esqueleto protege nuestros órganos internos, la carcasa de un

ordenador protege el microprocesador, las tarjetas, etc. Pero hay estructuras que no tienen

partes internas que proteger, como los puentes o las grúas.

4- Ligeras: Las estructuras deben ser lo más ligeras posibles. Si la estructura fuese muy pesada,

podría venirse abajo y, además se derrocharían muchos materiales.

5- Estable: La estructura no puede volcar o caerse aunque reciba diferentes cargas.

ELEMENTOS DE UNA ESTRUCTURA.

Las estructuras pueden ser masivas como una cueva o

una presa. Pero lo normal es que estén formadas por partes, de

manera que se forman por la unión de diferentes clases de

elementos estructurales debidamente colocadas. De esta forma

se construyen puentes, edificios, naves industriales, etc.

Los principales elementos estructurales, llamados

elementos estructurales simples o elementos resistentes, son:

1. Forjado: Es el suelo y el techo de los edificios. Forjado

2. Pilares: Son los elementos verticales de

una estructura y se encargan de soportar el peso de toda la

estructura. Por ejemplo las patas de la mesa, las de la silla (que

como ves no son exactamente horizontales), los travesaños

verticales del marco de la ventana, etc. En un edificio, los

pilares soportan el forjado que tienen justo encima, además del

peso del resto del edificio. Si los pilares son redondos, se

llaman columnas.

3. Vigas: Son elementos estructurales

que normalmente se colocan en posición horizontal, que se

apoyan sobre los pilares, destinados a soportar cargas. En un

edificio forman parte del forjado. Ejemplos de vigas son, los

rieles de las cortinas, los travesaños horizontales de debajo del

tablero en el pupitre o en la silla, el marco de la ventana o de la

puerta, etc.

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4. Dintel: Viga maciza que se apoya horizontalmente sobre dos soportes verticales

y que cierra huecos tales como ventanas y puertas.

5 . Arco: es el elemento estructural, de forma curvada, que salva el espacio

entre dos pilares o muros. Es muy útil para salvar espacios relativamente grandes. Es muy

común en puentes, acueductos y pórticos.

6. Tirantes: Con objeto de dar rigidez a las estructuras se dispone de unos elementos simples que se colocan entre

las vigas y los pilares. Por ejemplo las tijeras de los andamios (oblicuas),

esa barra horizontal donde apoyas los pies en el pupitre, etc.

7. Tensores: Su misión es parecida a la de los tirantes pero éstos son normalmente cables,

como los cables que sostienen la barra de gimnasia, o sujetan una tienda de camping, etc.

8. Cerchas que son un caso especial de vigas formada por un conjunto de barras formando una estructura triangular. Se usan normalmente en los techos de las naves industriales. Es decir, es una estructura triangular construida con barras de acero o madera que forman tejados.

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9. Los perfiles: son todos aquellas barras de acero que tienen una forma especial. se emplean para conseguir estructuras más ligeras que soportan grandes pesos con poca cantidad de material. El nombre del perfil viene dado

por la forma de la superficie lateral: I, U, T, L… Estos aceros se usan en las vigas, pilares y

tirantes.

10 - Cimientos: es el elemento encargado de

soportar y repartir por el suelo todo el peso de la

estructura.

Gracias a la cimentación, el peso total de la

estructura no va directamente al el suelo (sin

cimientos un edificio podría hundirse como una

estructura de palillos levantada sobre mantequilla) y

los pilares de la estructura no se clavan en el

terreno y se hunden en él. Los cimientos funcionan

como los zapatos del edificio. En definitiva, con los

cimientos evitamos que el edificio se hunda en el

terreno y al mismo tiempo logramos que permanezca estable.

Ejercicio: Identifica los Elementos de la siguiente estructura

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MATERIALES DE CONSTRUCCIÓN.

Normalmente, para construir edificios,

puentes, túneles, etc., suelen usarse varios

elementos: ladrillos, bloques, cemento, agua,

arena, grava, aceros, hormigón, etc.

El hormigón es el material más usado en

la construcción. El hormigón es una mezcla de

cemento, arena, grava y agua. Si al hormigón se

le añade un entramado de acero para hacerlo

mas resistente, se lo denomina hormigón

armado.

Una vez hecha la mezcla, el hormigón se mete en un molde llamado encofrado y se

debe esperar un tiempo de unas 10 a 20 horas para que se seque y endurezca. A este proceso

se le llama fraguado. Una vez pasado ese tiempo, se retira el encofrado y tenemos lista

nuestro elemento de la estructura, que puede ser un pilar (ver siguiente figura), forjado, viga, etc.

Fabricación de un pilar de hormigón armado.

Observa el encofrado (molde) de madera Fabricación de cimientos de hormigón armado. Observa

cómo se levantan pilares sobre los cimientos

Tienes que tener en cuenta que durante el fraguado del cemento (el secado) se

desprende mucho calor y se forman gases en el interior de los elementos construidos. Si el

cemento en este proceso no se refresca (normalmente con agua), se forman grietas en la

estructura por las que salen los gases y el calor. Por eso los albañiles remojan el cemento, el

hormigón y el hormigón armado mientras fraguan.

F

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LAS FUERZAS QUE SOPORTA UNA ESTRUCTURA.

Una estructura tiene que soportar su propio peso, el de las cargas que sujetan y también

fuerzas exteriores como el viento, las olas, etc.

Por eso, cada elemento de una estructura tiene que resistir diversos tipos de fuerzas sin

deformarse ni romperse. Los tipos de fuerza más importantes que soportan son:

1. Tracción: Si sobre los extremos de un cuerpo actúan dos fuerzas opuestas que tienden a

estirarlo, el cuerpo sufre tracción.

Es el tipo de esfuerzo que soportan los tirantes y los tensores.

2. Compresión: Si sobre los extremos de un cuerpo actúan dos fuerzas opuestas que

tienden a comprimirlo, el cuerpo sufre compresión.

cimientos.

3. Flexión: Si sobre un cuerpo actúan fuerzas que tienden a doblarlo, el cuerpo sufre flexión.

Es el tipo de

esfuerzo que

soportan las vigas y

las cerchas.

Flexión

Com p r e s i ón

E s el t i po de e s f u e r z o q u e so p or t an l os p il ares y l os

v i g a s y l

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4. Torsión: Si sobre un cuerpo actúan fuerzas que tienden a retorcerlo,

el cuerpo sufre torsión.

Torsión

Es el tipo de esfuerzo que soporta una llave girando en una cerradura.

5. Cortadura o cizalladura: Si sobre un cuerpo actúan fuerzas que tienden a cortarlo o

desgarrarlo, el cuerpo sufre cortadura.

tracción (cable)

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TRIANGULACIÓN. ESTRUCTURAS TRIANGULADAS

Si se analiza cualquier estructura formada por la unión de perfiles simples, como las de las

grúas de la construcción, algunos puentes, las torres de alta tensión, etc.; vemos que la rigidez de

estas estructuras no se debe a lo compacto de su construcción, sino al entramado triangular de su

forma. Es decir, su rigidez se basa en la triangulación. Triangular una estructura consiste en

añadirle barras y perfiles hasta que toda ella esté formada por un conjunto de triángulos que le

permitirá tener una gran rigidez y resistencia a deformarse.

Si te fijas en los ejemplos, la estructura cuadrada puede deformarse fácilmente, al igual que

la pentagonal. Pero la triangular es muy estable e indeformable. Por eso, las otras formas

geométricas se triangulan para darles rigidez.

Es decir, la triangulación hace que las estructuras no se deformen y que sean muy

estables.

Triangulación de un cuadrado

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Actividades de estructuras

1. ¿Qué tienen en común casi todas las estructuras?

2. ¿Por qué decimos que el cuerpo humano es un ejemplo de estructura?

3. Enumera cinco estructuras diferentes y explica la utilidad de cada una de ellas.

4. Escribe el nombre de cinco estructuras naturales y de cinco artificiales.

5. De la siguiente lista, señalas las estructuras que usarías para soportar pesos, salvar distancias

o proteger objetos ( patas de una mesa, torre, pizarra, teleférico, mesa, silla., caja de embalaje,

reloj, chasis del coche, estanterías, cartón de huevos, columnas, puentes, grúas, casco)

6. ¿Qué es la carga de una estructura? Tipos. Indica un ejemplo de cada.

7. Un puente es una estructura que soporta cargas fijas y variables. Indica el tipo de cargas que

soporta los siguientes elementos del puente

a) Farolas de un puente

b) Vehículos que pasan el puente_

c) El viento que golpea al puente

d) El asfalto de la carrete que está sobre el puente

e) La lluvia

8. ¿Por qué es importante que una estructura conserve su forma?

9. Tanto las naturales como las tienen las siguientes

funciones: soportar cargas, partes delicadas,

la forma de la estructura, ser y ser _.

10. Define elemento estructural. Nombra los mismos.

11. Pon tres ejemplos de: a) pilares; b) vigas; c) tirantes.

12. Una grúa de la construcción es una estructura de tipo triangular, móvil y colgante: (ver imagen

de la grúa de la pag. 11)

a) ¿Qué tipo de elementos la forman?

b) Indica la función de cada uno de sus elementos.

13. ¿Para qué se utilizan los perfiles de acero en una estructura? Nombra dos tipos.

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14. La diferencia entre un esfuerzo de tracción y otro de es

que el primero tiende a el elemento de la estructura, mientras que el segundo

tiende a comprimirlo.

15. ¿Qué es lo primero que se construye de un edificio? ¿Por qué?

16. Si un edificio no tuviese cimientos. ¿Qué le podría pasar?

17. ¿Qué es el hormigón? ¿Para qué se emplea?

18. ¿Cómo se consigue hormigón armado? ¿Por qué se construyen los edificios de hormigón

armado en lugar del hormigón simple?

19. ¿En qué se diferencia una viga de un pilar?

20. ¿Para qué sirven las vigas de una casa?

21. ¿En qué tipo de edificios se emplean las cerchas? ¿Por qué?

22. Los albañiles refrescan con agua las paredes encaladas con hormigón? ¿Por qué?

23. Define y pon un ejemplo de elemento sometido a

a) compresión; b) tracción, c) flexión.

24. Nombra los elementos que componen una escalera plegable y explica a que

esfuerzo están sometidos cada uno de esos elementos.

25. Relaciona con flechas cada elemento estructural con el esfuerzo que soporta:

Viga

Tirante

Tensor

Columna y pilar

Cimientos

Cercha

Compresión

Flexión

Flexión

Tracción

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26. Decir que tipo de esfuerzo soporta o debe soportar cada uno de los elementos: (Opciones:

compresión, torsión, flexión, cortadura, tracción)

• El cable que soporta la lámpara de un techo_

• La patas de un taburete_

• Un tobogán

• Punta de un destornillador La tabla de una

mesa

• Llave en una cerradura

• Cimientos de una casa

• La cuerda que hay entre una lancha y un

esquiador acuático

• El cuello de una botella con tapón de rosca

• El asiento de una silla

• Tapón de rosca de un bolígrafo

• Soportes de la baca de un coche

• Unión que hay entre los postes y el larguero

de una portería de fútbol

• Perchero colgado de una pared

• Un gancho colgado del techo

• El pomo de una puerta

• Los cables de un puente colgante

• Las barras paralelas de gimnasia_

• La unión que existe entre una viga y un pilar

27. Indicar si las siguientes afirmaciones son verdaderas o falsas. Corregir aquella frase si es falsa

REESCRIBIENDO LA FRASE COMPLETAMENTE EN TU CUADERNO. CAMBIA EL MÍNIMO

NÚMERO DE PALABRAS.

a) Si en un cuerpo sus fibras se estiran como consecuencia de una fuerza externa, decimos que

está sometido a compresión.

b) Si en un cuerpo sus fibras se encogen como consecuencia de una fuerza externa, decimos que

está sometido a una flexión.

c) Cuando los pesos que actúan tienden a doblar la pieza, decimos que se produce una tracción.

d) Cuando las cargas producen un retorcimiento de la pieza, decimos que se ha producido una

flexión.

e) Las vigas se colocan verticalmente en una estructura, mientras que las columnas

horizontalmente.

f) Las vigas son cables que se utilizan para reforzar las estructuras.

g) Las estructuras son siempre rígidas.

h) Los tirantes son cables que mejoran la resistencia y estabilidad de algunas estructuras.

i) La carcasa de los electrodomésticos sirve para esconder sus piezas internas.

U na v i ga

U n p il ar

U n t orn ill o

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j) Sólo los edificios y los puentes son estructuras resistentes debido a su tamaño.

28. Relaciona los siguientes elementos con el tipo de esfuerzo al que están sometidos:

Elemento Esfuerzo

Pata de la mesa

Viga de una casa

Cable de un puente

Tabla de trampolín

Muro de un sótano

Azotea de una casa

Riel de cortina

29. ¿Qué figura geométrica se repite en una grúa de la construcción? Fíjate en la imagen de la

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30. La consiste en formar triángulos con barras en una estructura para que

no .

31. Piensa y responde:

a) ¿Se puede conseguir que una estructura sea resistente aunque el material con el que

se ha construido no sea especialmente resistente? Nombra un ejemplo.

b) ¿Todas las estructuras se sostienen solas durante su construcción? Pon ejemplos

para apoyar tu respuesta.

32. Añade barras a estás estructuras para formar triángulos y conseguir que sean

indeformables, es decir, rígidas: (dibuja con un bolígrafo que no sea negro)

33. a) ¿Qué ocurrirá si presionas en el vértice señalado por la flecha en las siguientes figuras?

b) Dibuja (negro no) sobre las propias figuras lo que añadirías para que no se deformaran.

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3 4 . a ) ¿ P o r q u é se m u e v e una esta n t e r í a c o m o l a de l a f i g u r a ? :

b) ¿Q u é h a rí as p a r a e v i t arl o ?

35. – En los dibujos siguientes determina el tipo de esfuerzo al que están sometidos los

elementos señalados.

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Nº Esfuerzo

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

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16

17

18

19

20

15

35 . Indica a qué elemento estructural se refiere

de estas definiciones:

Elemento encargado de soportar y repartir en el

suelo todo el peso de una estructura........................

Elemento estructural, de forma curvada,

que salva el espacio entre dos pilares

................................

Elemento estructural en forma de barra que se

apoya verticalmente, cuya función es soportar el peso de

otras partes de la estructura y de transmitirla a la

cimentación

..........................................

Pilares con sección más o menos

circular....................................

Barra, normalmente metálica, de distintas

secciones que se emplean para conseguir estructuras

más ligeras que soportan grandes pesos con poca

cantidad de material

.......................................

Elemento estructural con forma de barra que se

coloca horizontalmente y se apoya sobre las columnas y

pilares...............................................

Viga maciza que se apoya horizontalmente y que

cierra los huecos tales como puertas y ventanas

.............................................

Cables como los que sostienen la barra de

gimnasia, o sujetan una tienda de camping